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二氧化碳与氢气催化合成甲醇,发生的反应为:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)(1)已知:化学键H-HC-OC=OH-OC-H键能(KJ•mol-1)436326803464414计
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问题描述:

二氧化碳与氢气催化合成甲醇,发生的反应为:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

(1)已知:

 化学键 H-H C-O C=O H-O C-H
 键能(KJ•mol-1) 436 326 803 464 414
计算上述反应的△H=___kJ•mol-1.

(2)一定条件下,将n(CO2):n(H2)=1:1的混合气充入恒温恒容密闭容器中,下列事实可以说明该反应已达到平衡的是___(填选项字母)

A、容器内气体密度保持不变 B、CO2的体积分数保持不变

C、H2O(g)与CO2(g)的生成速率之比为1:1 D、该反应的平衡常数保持不变

E、混合气体的平均相对分子质量不变 F、容器中压强保持不变

(3)一定条件下,往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO2和3.6molH2,在不同催化剂作用下的反应Ⅰ、反应Ⅱ与反应Ⅲ,相同时间内CO2转化率随温度变化的数据如表所示,据表中数据绘制图1:

 相同时间内CO2转化率 T1 T2 T3 T4 T5
 反应Ⅰ 65% 77% 80% 80% 66.67%
 反应Ⅱ 56% 67% 76% 80% 66.67%
 反应Ⅲ 48% 62% 72% 80% 66.67%
(T5时,图1中C点转化率为66.67%,即转化了23)

①催化剂效果最佳的反应是___(填“反应Ⅰ”、“反应Ⅱ”、“反应Ⅲ”)

②T3的b点v(正)___v(逆).(填“>”“<”“=”)

③T4的a点转化率比T5的c点高原因是___.

④在温度为T5时,该反应的平衡常数K=___.

⑤在温度为T5时,CH3OH的浓度随时间变化的趋势如图2所示.

当时间到达t1时,将生成的甲醇和水同时除去,并维持该温度,在t2时达到平衡.

请在图2中画出t1时刻后CH3OH的浓度变化总趋势曲线.

费本初回答:
  (1)反应热=反应物总键能-生成物总键能,故△H=2×803kJ/mol+3×436kJ/mol-3×414kJ/mol-326kJ/mol-3×464kJ/mol=-46kJ/mol,故答案为:-46;   (2)A.混合气体总质量不变,恒温恒容下,容器内气体密度始终保持不变,故A错误;   B.平衡时各组分含量不变,CO2的体积分数保持不变说明到达平衡,故B正确;   C.H2O(g)与CO2(g)的生成速率之比为1:1,说明二氧化碳的生成速率与消耗速率相等,反应到达平衡,故C正确;   D.温度不变,平衡常数不变,该反应的平衡常数保持不变不能说明到达平衡,故D错误;   E.混合气体总质量不变,随反应进行混合气体物质的量减小,平均相对分子质量增大,平均相对分子质量不变说明到达平衡,故E正确;   F.随反应进行混合气体物质的量减小,恒温恒容下压强减小,容器中压强保持不变说明到达平衡,故F正确,   故选:BCEF;   (3)①相同温度下,相同时间内反应Ⅰ中CO2转化率越大,说明反应Ⅰ催化剂效果越好,故答案为:反应Ⅰ;   ②T4时处于平衡状态,正反应为放热反应,温度越高转化率越小,T3平衡时转化率应大于T4,a、b点转化率相等,故b点向正反应进行.则b点v(正)>v(逆),故答案为:>;   ③该7反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动,二氧化碳转化率降低,   故答案为:该反应为放热反应,温度升高,平衡逆向移动;   ④一定条件下,往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO2和3.6molH2,在温度为T5时,平衡时C点二氧化碳转化率为66.67%,则转化的二氧化碳为1.2mol×66.67%=0.8mol,则:                  CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)   起始浓度(mol/L):0.6   1.8       0        0   变化浓度(mol/L):0.4  1.2       0.4      0.4   平衡浓度(mol/L):0.2    0.6        0.4     0.4   则平衡常数K=c(CH
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